Granuliervorrichtung, insbesondere für thermoplastische Kunststoffe und Verfahren zu ihrem Betrieb
Die Erfindung betrifft eine Granuliervorrichtung, insbesondere für thermoplastische Kunststoffe, bestehend aus einer an der Auspressvorrichtung angeordneten mit einer Vielzahl von oeffnungen ausgestatteten Düsenplatte, über deren Fläche unter Ausübung von Scherkräften auf die ausgepressten Fäden oder Stränge drehbar gelagerte Schneidwerkzeuge gleiten, sowie ein Verfahren zum Betrieb der Vorrichtung.
Kunststoffe fallen aus der Synthese meistens in einer Form an, die vor der späteren Verarbeitung noch eine weitere Behandlung, die sogenannte Konfektionierung, erforderlich macht. Der pulverförmig oder flockig, als Mahlgut oder formlose Schmelze anfallende Kunststoff Rohstoff wird dazu vom Einfärben und Mischen mit anderen Stoffen abgesehen - im allgemeinen von Förder- und Knetmaschinen durch Düsen gepresst, gegebenenfalls gekühlt und zu Granulat zerkleinert. Die beiden letztgenannten Arbeitsgänge werden zur Vermeidung nochmaliger Wärmezuführung häufig unmittelbar an den Austragsort der Förder- und Knetmaschine verlegt, an der dann Düsenplatten mit vielen Auspressöffnungen angeordnet sind, an denen die austretenden Fäden zu Granulat geschnitten und erst anschliessend gekühlt werden.
Die letztgenannte Arbeitsweise wird als Heissabschlag bezeichnet.
Bekannt sind ferner Heissabschlagvorrichtungen mit propellerartig vor der Düsenplatte rotierenden meist fliegend gelagerten Messerflügeln, die sich in einer mit der Kühlflüssigkeit gebildeten sprühfeuchten Atmosphäre bewegen. Das abgeschlagene Granulat taucht dabei unter halb der Abschlagstelle in einen gegebenenfalls in der Kühlweglänge einstellbar begrenzten flüssigen Kühlmittelstrom ein und wird in diesem bis zu einem Sieb angemessener Maschenweite mitgeführt und dann ausgetragen.
Die letztgenannten bekannten Vorrichtungen sind in ihrer Schnittleistung begrenzt und arbeiten im übrigen mit sehr hohem Geräuschpegel. Da ferner die einzelnen Düsenöffnungen von der Drehachse der rotierenden Abschlagmesser unterschiedlich weit entfernt liegen, liefern sie unvermeidlich ein in gewissen Grenzen unregelmässiges Granulat.
Der Erfindung lag daher die Aufgabe zugrunde, bei verbesserter Gleichmässigkeit des Schnittes eine leistungsfähige Granuliervorrichtung zu sshaffen, in der das Zusammenkleben des Granulates durch einen äusserst begrenzten flüssigen Kühlmittelstrom verhindert wird und die ferner zum Transportieren des abgeschlagenen Granulats gasförmige und flüssige Kühlmittel wahlweise gemeinsam oder einzeln nebeneinander zu verwenden gestattet. Zweck der Erfindung war es ferner, eine Granuliervorrichtung mit geringem Geräuschpegel zu schaffen.
Diese Aufgabe wurde erfindungsgemäss mit einer Vorrichtung gelöst, in der die Düsenbohrungen in der Düsenplatte in einer Reihe ausgerichtet sind, wobei das davor ausgerichtet und drehbar gelagerte Schneidwerkzeug als walzenförmiger Körper mit einem aus dem Walzenmantel hervortretenden schraubenförmig gewendelten aussen die Schneidkante aufweisenden Steg ausgebildet ist.
Gegenstand der Erfindung ist weiterhin ein Verfahren zum Betrieb der erfindungsgemässen Vorrichtung, das dadurch gekennzeichnet ist, dass das walzenförmige Schneidwerkzeug mindestens bis zur Höhe des Steges in eine Kühlflüssigkeit eintaucht.
Der aussen die Schneidkante aufweisende schraubenförmige Steg ist zweckmässig hinterschnitten bzw. hohl gekehlt ausgeführt und dient bei begrenztem Eintauchen in eine Kühlflüssigkeit vorzugsweise zur Förderung eines flüssigen Kühlmittelfadens über die Schnittstellen an der Düsenplatte.
Die obengenannte Gestaltung des Schneidwerkzeuges ermöglicht ferner die Anordnung mehrerer walzenförmiger Schneidwerkzeuge parallel zueinander an einer Anpressvorrichtung zur Erhöhung der mengenmässigen Schnittleistungen.
In der Zeichnung sind beispielsweise Ausführungsformen der erfindungsgemässen Vorrichtung dargestellt.
Es zeigen:
Fig. 1 einen Horizontalschnitt durch eine erste bei spielsveise Ausführungsform der Vorrichtung;
Fig. 2 und 3 je einen Querschnitt durch eine zweite beispielsweise Ausführungsform der Vorrichtung;
Fig. 4 einen Querschnitt durch eine Vorrichtung, bei der die Düsenplatte des Düsenkopfes in einer Ebene senkrecht zur Achse des Schneidewerkzeuges mehrere Düsenbohrungen aufweist; und
Fig. 5 eine Anordnung mit mehreren parallel zueinander liegenden Schneidewerkzeugen.
Die Fig. 1 zeigt schematisch einen Horizontalschnitt durch eine erfindungsgemässe Vorrichtung. Das walzenförmige Schneidwerkzeug 1 ist einseitig angetrieben und beidseitig in einem Gehäuse 2 gelagert. Dadurch wird gegenüber den bisher üblichen fliegend gelagerten propellerartigen Abschlagmessern ein besonders ruhiger Lauf auch bei hoher Schneidleistung erzielt. Die Schneidkante 3a befindet sich aussen an einem um den Schneidwerkzeugkörper 1 schraubenförmig gewendelten Steg 3, der auf der Vorderseite vorzugsweise hinterschnitten bzw. hohl gekehlt ausgeführt ist. Die Schneidkante 3a tritt also gegenüber der Fusslinie des Stegprofils am Walzenmantel in Schnitt- und Förderrichtung hervor. Dadurch ergibt sich eine erhöhte Förderwirkung für das abgeschnittene Granulat und gegebenenfalls für flüssige Kühlmittel ohne wesentlichen zusätzlichen Aufwand.
Das Schneidwerkzeug 1 liegt ausgerichtet vor in einer Reihe angeordneten Düsenbohrungen 4 in der Düsenplatte 5a des Düsenkopfes 5 einer nicht näher dargestellten Auspressvorrichtung, vorzugsweise einer Schneckenpresse. Der Düsenkopf 5 ist in der üblichen Weise mittels von aussen angelegter Heizbänder 6 beheizbar. Er ist ferner durch eine keramische Platte 7 gegenüber dem gekühlten Gehäuse 2 wärmemässig isoliert. Durch den Stutzen 2a tritt ein Kühlmittelstrom in das Gehäuse 2 ein. In diesem I Kühl- mittelstrom wird das anfallende Granulat durch den Kanal 8 ausgetragen.
Die Stirnfläche der Düsenplatte 5a besitzt eine dem Flugkreis der Schneidkante 3a entsprechende Krümmung, der dann auch die Mündungen der Düsenbohrungen 4 folgen, an denen die Scherkräfte wirksam sind. Die Schneidkante 3a schert den aus jeder Düsenbohrung austretenden plastischen Strang bzw. Faden glatt ab und der gewendelte Steg übt hinter der Schneidstelle sofort eine zwangsweise Förderwirkung auf die abgeschnittenen Granulatkörper aus. Die Steigung des gewendelten Steges 3 mit der äusseren Schneidkante 3a und die Teilung der in einer Reihe ausgerichteten Düsenbohrungen 4 in der Düsenplatte 5a sind so aufeinander abgestimmt, dass bei einer Drehung des walzenförmigen Schneidwerkzeuges 1 um 350S jeweils gleiche Schnittflächengrössen anfallen und gleichmässige Scherkräfte aufzubringen sind.
Es ergibt sich dann an der Antriebsseite des Schneidwerkzeuges 1 für 3600 Winkelweg ein gleichbleibendes Drehmoment.
Zur Hersteilung feinster Granulate, die besonders hohe Schnittzahlen an der Mündung jeder Düsenbohrung 4 erforderlich machen, kann das walzenförmige Schneidwerkzeug 1 auch zwei oder mehr gewendelte, aussen die Schneidkante 3a aufweisende Stege 3 erhalten. Das Schneidwerkzeug 1 ist vorzugsweise zylindrisch ausgeführt; gegebenenfalls kann es aber auch leicht konisch ausgebildet sein, wenn für die in einer Reihe ausgerichteten Düsenbohrungen 4 in Sonderfällen eine unsymmetrische Verteilung in der Düsenplatte 5a gewünscht wird. Das Schneidwerkzeug 1 lässt sich einfach und genau herstellen, rasch wechseln und an den Schneidkanten 3a ohne Spezialvorrichtungen nachschleifen.
Die Figuren 2 und 3 gegen unter Beibehaltung aller wesentlicher Erfindungsmerkmale eine andere Ausführungsform wieder, bei der die Förderwirkung des hinter schnilttealien bzw. hohl gekehlt ausgeführten Steges 3 zur Heranführung eines begrenzten kleinen flüssigen Kühlmittelstroms an sämtliche Schnittstellen ausgenutzt wird.
Das das walzenförmige Schneidwerkzeug 1 umgebende Gehäuse 2 ist, wie der in Fig. 2 dargestellte Querschnitt es zeigt, unterhalb des Schneidwerkzeuges 1 bis dicht an den Flugkreis der Schneidkante 3 herangeführt und bildet dort eine Rinne 2b, die bis mindestens zur Höhe des Steges 3 mit Kühlflüssigkeit gefüllt ist. Rotiert das Schneidwerkzeug 1 in der in Fig. 2 durch einen Pfeil angegebenen Richtung, so wird auf der hohl gekehlten Vorderseite des Steges 3 fortlaufend ein Flüssigkeitsfaden über die an den Mündungen der Düsenbohrungen 4 liegenden Schnittstellen geführt (s. Fig. 3).
Um den Querschnitt dieses Flüssigkeitsfadens, der die Kühlwirkung mitbestimmt, möglichstgleichmässig zu halten, bzw. nicht abreissen zu lassen, ist die Drehgeschwindigkeit des Schneidwerkzeuges entsprechend der hohlen Formgebung und dem Durchmesser des Steges 3 sowie der Oberflächenspannung der verwendeten Kühlflüssigkeit zu bemessen. Die vom Steg 3 durch die Rinne 2b geförderte Kühlflüssigkeit wird zweckmässig im Kreislauf geführt und ausserhalb der Vorrichtung in einem Wärmeaustauscher zurückgekühlt. Wie es die Fig. 2 ferner zeigt, kann das Gehäuse 2 mit der unmittelbar unterhalb des Schneidwerkzeuges 1 liegenden flüssigkeitsgefüllten Rinne 2b im gesamten Querschnitt so gestaltet sein, dass das flüssige Kühlmittel mit einem gasförmigen Kühlmittel gemeinsam verwendet wird.
Zur Erhöhung der Schnittleistung der Vorrichtung sind mehrere weitere Ausführungsformen im Rahmen der Erfindung möglich. In Fig. 4 ist ein schematischer Querschnitt durch die Vorrichtung wiedergegeben, bei der die Düsenplatte 5a des Düsenkopfes 5 in einer Ebene senkrecht zur Achse des walzenförmigen Schneidwerkzeuges 1 mehrere Düsenbohrungen 4 aufweist. Die Zahl der von einer Schneidwerkzeugwalze unter Ausübung von Scherkräften zu bestreichenden Düsenöffnungen wird bei sonst gleichem Granulatschnitt im allgemeinen von der Förderleistung der Auspressvorrichtunb abhängen, wobei die Antriebsleistung der Granulatvorrichtung mit auf solche Weise erhöhter Schneidleistung dem für das Schneidwerkzeug erforderlichen Drehmoment angepasst wird.
Die Ausführungsform mit mehreren Düsenbohrungen 4 in einer Ebene senkrecht zur Achse des Schneidwerkzeuges kann ebenfalls mit einer Teiibeaufschlagung der Düsenplatte mit einer Kühlflüssigkeit eingerichtet sein, die als kontinuierlicher Stromfaden in der Hohlkehle des Steges 3 in Schnittrichtung mitläuft.
Die Fig. 5 zeigt eine Anordnung mit mehreren parallel zueinander liegenden walzenförmigen Schneidwerkzeugen 1, die gemeinsam angetrieben sein können. In diesem Fall sind in den Düsenkopf 5 der Zahl der Schneidwerkzeuge 1 entsprechend verzweigte Kanäle für die plastische Masse eingearbeitet, die an der Düsenplatte 5a jeweils in mehreren Reihen ausgerichteter Düsenbohrungen 4 enden. Die letztgenannte Anordnung mit mehreren parallel zueinander liegenden Schneidwerkzeugen 1 kann auch so ausgeführt sein, dass die Stege 3, welche aussen die Schneidkante 3a aufweisen, ineinander greifen, sich also gegenseitig kämmen.
Für alle obengenannten Ausführungsformen sind je nach den besonderen Eigenschaften des zu Granulat zu verarbeitenden plastischen bzw. thermoplastischen Stoffes gegebenenfalls Abstreifelemente vorzusehen, die fingerartig in die Lücken zwischen den aussen die Schneidkanten 3a aufweisenden Stege 3 eingreifen.
Granulating device, in particular for thermoplastics, and processes for their operation
The invention relates to a granulating device, in particular for thermoplastics, consisting of a nozzle plate arranged on the extrusion device and equipped with a large number of openings, over the surface of which cutting tools slide rotatably mounted under the exertion of shear forces on the extruded threads or strands, and a method for operating the Contraption.
Plastics are usually obtained from synthesis in a form that requires further treatment, known as packaging, before they can be processed later. The powdery or flaky, regrind or shapeless melt plastic raw material is not colored and mixed with other substances - generally pressed through nozzles by conveying and kneading machines, optionally cooled and crushed into granules. The two last-mentioned operations are often relocated directly to the discharge point of the conveying and kneading machine to avoid additional heat supply, where nozzle plates with many ejection openings are then arranged, at which the emerging threads are cut into granules and only then cooled.
The last-mentioned working method is called hot cutting.
Also known are hot-cutting devices with knife blades that rotate like a propeller in front of the nozzle plate, mostly overhung, which move in a spray-humid atmosphere formed with the cooling liquid. The knocked-off granules are immersed below the knock-off point in a liquid coolant flow, optionally limited in the cooling path length, and are carried along in this up to a sieve of appropriate mesh size and then discharged.
The last-mentioned known devices are limited in their cutting performance and otherwise operate with a very high noise level. Furthermore, since the individual nozzle openings are at different distances from the axis of rotation of the rotating cutting knives, they inevitably produce granules which are irregular within certain limits.
The invention was therefore based on the object of providing a high-performance granulating device with improved evenness of the cut, in which the sticking together of the granules is prevented by an extremely limited flow of liquid coolant and in which, furthermore, the gaseous and liquid coolants for transporting the separated granules either together or individually next to each other permitted to use. Another purpose of the invention was to create a granulating device with a low noise level.
This object was achieved according to the invention with a device in which the nozzle bores in the nozzle plate are aligned in a row, the cutting tool aligned and rotatably mounted in front of it being designed as a roller-shaped body with a helically coiled web protruding from the roller shell and having the cutting edge on the outside.
The invention also relates to a method for operating the device according to the invention, which is characterized in that the cylindrical cutting tool is immersed in a cooling liquid at least up to the height of the web.
The helical web, which has the cutting edge on the outside, is expediently undercut or hollow, and with limited immersion in a cooling liquid is preferably used to convey a liquid coolant thread over the interfaces on the nozzle plate.
The above-mentioned design of the cutting tool also enables several roller-shaped cutting tools to be arranged parallel to one another on a pressing device to increase the quantitative cutting performance.
In the drawing, for example, embodiments of the device according to the invention are shown.
Show it:
Fig. 1 is a horizontal section through a first embodiment of the device in example embodiment;
2 and 3 each show a cross section through a second exemplary embodiment of the device;
4 shows a cross section through a device in which the nozzle plate of the nozzle head has a plurality of nozzle bores in a plane perpendicular to the axis of the cutting tool; and
5 shows an arrangement with several cutting tools lying parallel to one another.
Fig. 1 shows schematically a horizontal section through a device according to the invention. The cylindrical cutting tool 1 is driven on one side and mounted in a housing 2 on both sides. As a result, compared to the conventional overhung propeller-like cut-off knives, a particularly smooth run is achieved even with high cutting performance. The cutting edge 3a is located on the outside on a web 3 which is helically coiled around the cutting tool body 1 and which is preferably undercut or concave on the front side. The cutting edge 3a protrudes from the base line of the web profile on the roll shell in the cutting and conveying direction. This results in an increased conveying effect for the cut granules and, if necessary, for liquid coolants without any significant additional effort.
The cutting tool 1 is aligned in front of nozzle bores 4 arranged in a row in the nozzle plate 5a of the nozzle head 5 of an extrusion device (not shown in detail), preferably a screw press. The nozzle head 5 can be heated in the usual way by means of heating strips 6 applied from the outside. It is also thermally insulated from the cooled housing 2 by a ceramic plate 7. A coolant flow enters the housing 2 through the connector 2a. In this coolant flow, the granulate produced is discharged through channel 8.
The end face of the nozzle plate 5a has a curvature corresponding to the flight circle of the cutting edge 3a, which is then also followed by the mouths of the nozzle bores 4 on which the shear forces are effective. The cutting edge 3a smoothly shears off the plastic strand or thread emerging from each nozzle bore, and the coiled web immediately exerts a forced conveying effect on the cut granulate bodies behind the cutting point. The slope of the coiled web 3 with the outer cutting edge 3a and the division of the nozzle bores 4 aligned in a row in the nozzle plate 5a are coordinated in such a way that when the cylindrical cutting tool 1 is rotated by 350S, the same cut surface sizes arise and uniform shear forces must be applied.
There is then a constant torque on the drive side of the cutting tool 1 for 3600 angular travel.
To produce the finest granules, which require particularly high numbers of cuts at the mouth of each nozzle bore 4, the cylindrical cutting tool 1 can also have two or more coiled webs 3 having the cutting edge 3a on the outside. The cutting tool 1 is preferably designed to be cylindrical; If necessary, however, it can also be designed to be slightly conical if, in special cases, an asymmetrical distribution in the nozzle plate 5a is desired for the nozzle bores 4 aligned in a row. The cutting tool 1 can be manufactured easily and precisely, can be changed quickly and regrinded on the cutting edges 3a without special devices.
Figures 2 and 3, while retaining all the essential features of the invention, a different embodiment again, in which the conveying effect of the undercut or hollow-filleted web 3 is used to bring a limited small liquid coolant flow to all interfaces.
The housing 2 surrounding the cylindrical cutting tool 1 is, as the cross-section shown in Fig. 2 shows, brought up below the cutting tool 1 to close to the flight circle of the cutting edge 3 and there forms a channel 2b, which extends at least up to the height of the web 3 Coolant is filled. If the cutting tool 1 rotates in the direction indicated by an arrow in FIG. 2, a thread of liquid is continuously guided over the interfaces located at the mouths of the nozzle bores 4 on the hollow, fluted front side of the web 3 (see FIG. 3).
In order to keep the cross-section of this liquid thread, which also determines the cooling effect, as uniform as possible, or to prevent it from tearing off, the rotational speed of the cutting tool must be measured according to the hollow shape and the diameter of the web 3 as well as the surface tension of the cooling liquid used. The cooling liquid conveyed from the web 3 through the channel 2b is expediently circulated and cooled back outside the device in a heat exchanger. As FIG. 2 also shows, the housing 2 with the liquid-filled channel 2b located directly below the cutting tool 1 can be designed in the entire cross section so that the liquid coolant is used together with a gaseous coolant.
Several other embodiments are possible within the scope of the invention to increase the cutting performance of the device. 4 shows a schematic cross section through the device in which the nozzle plate 5 a of the nozzle head 5 has a plurality of nozzle bores 4 in a plane perpendicular to the axis of the cylindrical cutting tool 1. The number of nozzle openings to be swept by a cutting tool roller under the exertion of shear forces will generally depend on the conveying capacity of the extrusion device with otherwise the same granule cut, the drive capacity of the granule device being adapted to the torque required for the cutting tool with this increased cutting capacity.
The embodiment with several nozzle bores 4 in a plane perpendicular to the axis of the cutting tool can also be set up with a partial application of a cooling liquid to the nozzle plate, which runs as a continuous flow filament in the groove of the web 3 in the cutting direction.
FIG. 5 shows an arrangement with a plurality of cylindrical cutting tools 1 lying parallel to one another, which can be driven together. In this case, the number of cutting tools 1, branched channels for the plastic compound are worked into the nozzle head 5, each of which ends in a plurality of rows of aligned nozzle bores 4 on the nozzle plate 5a. The last-mentioned arrangement with several cutting tools 1 lying parallel to one another can also be designed in such a way that the webs 3, which have the cutting edge 3a on the outside, engage in one another, that is to say comb one another.
For all of the above-mentioned embodiments, depending on the particular properties of the plastic or thermoplastic material to be processed into granules, stripping elements are to be provided, if necessary, which grip like fingers into the gaps between the webs 3 having the cutting edges 3a on the outside.